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2019-2020年高考化學考點突破訓練 6.3電解原理及應用 金屬的腐蝕與防護 1．(xx天津)為增強鋁的耐腐蝕性，現(xiàn)以鉛蓄電池為外電源，以Al作陽極、Pb作陰極，電解稀硫酸，使鋁表面的氧化膜增厚。反應原理如下： 電池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) 電解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ 電解過程中，以下判斷正確的是(　　) 選項 電池 電解池 A H＋移向Pb電極 H＋移向Pb電極 B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3 C 正極：PbO2＋4H＋＋2e－ ===Pb2＋＋2H2O 陽極：2Al＋3H2O－6e－ ===Al2O3＋6H＋ D 解析　原電池中陽離子向正極移動，所以H＋移向PbO2極，電解池中，陽離子移向陰極，即H＋移向Pb極，A項錯誤；原電池中消耗3 mol Pb，轉移6 mol e－，在電解池中轉移6 mol e－生成1 mol Al2O3，B項錯誤；原電池中正極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，C項錯誤；原電池中Pb失電子轉化為PbSO4，所以Pb電極質量增加，而電解池中Pb作陰極，不參與反應，所以質量不變，D項正確。 答案　D 2． (xx山東臨沂期末) 有關如圖裝置的敘述中，正確的是(　　) A．若X為鋅棒，Y為NaCl溶液，開關K置于M處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為外接電源的陰極保護法 B．若X為碳棒，Y為飽和NaOH溶液，開關K置于N處，保持溫度不變，則溶液的pH保持不變 C．若X為銀棒，Y為硝酸銀溶液，開關K置于N處，鐵棒質量將增加，溶液中銀離子濃度將減小 D．若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于M處，銅棒質量將增加，此時外電路中的電子向鐵電極移動 解析　Fe比Cu活潑，總反應為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，F(xiàn)e電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，A、B錯誤；Fe(OH)3膠體粒子帶正電荷，在電場作用下向陰極移動，C正確；根據(jù)電流方向可知，a為直流電源的正極，電解精煉銅時，c極為粗銅，d極為純銅，D錯誤。A項，若X為鋅棒，Y為NaCl溶液，開關K置于M處，該裝置是原電池，鋅作負極被腐蝕，鐵被保護，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法，錯誤；B項，若X為碳棒，Y為飽和NaOH溶液，開關K置于N處，該裝置是電解池，碳棒是陽極，鐵棒是陰極，保持溫度不變，電解后溶液的體積減小，氫氧化鈉的濃度不變，則溶液的pH不變，正確；C項，若X為銀棒，Y為硝酸銀溶液，開關K置于N處，該裝置是電鍍池，鐵棒質量將增加，但溶液中銀離子濃度將不變，錯誤；D項，若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于M處，鐵作負極被腐蝕，銅棒上銅離子得電子析出銅而使銅棒質量將增加，此時外電路中的電子向銅電極移動，錯誤。 答案　CB 3．(xx浙江)電解裝置如圖所示，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列說法不正確的是(　　) A．右側發(fā)生的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．電解結束后，右側溶液中含有IO C．電解槽內發(fā)生反應的總化學方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑ D．如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內發(fā)生的總化學反應不變 解析　裝置圖中左側電極為陽極，I－失去電子生成I2，右側電極為陰極，H2O得到電子生成H2，A、C項正確；分析可知，B項正確；D項，如果將陰離子交換膜換為陽離子交換膜，那么陰極產生的OH－不會與I2發(fā)生反應，故電解槽內發(fā)生的總化學反應要變化，D項錯誤。 答案　D 4．(xx安徽)某興趣小組設計如圖所示微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉。下列有關描述正確的是(　　) A．斷開K2，閉合K1時，總反應的離子方程式為 2H＋＋2Cl－Cl2 ↑＋H2↑ B．斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅 C．斷開K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應式為 Cl2＋2e－===2Cl－ D．斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極 解析　斷開K2，閉合K1時，構成電解池，反應的離子方程式為2H2O＋2Cl－H2↑＋Cl2↑＋2OH－，石墨電極為陽極，發(fā)生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑；銅電極為陰極，發(fā)生反應：2H＋＋2e－===H2↑，所以銅電極附近溶液變紅。斷開K1，閉合K2時，構成原電池，其中石墨電極為正極。 答案　D 5．(xx浙江)以鉻酸鉀為原料，電化學法制備重鉻酸鉀的實驗裝置示意圖如下： 下列說法不正確的是(　　) A．在陰極室，發(fā)生的電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ B．在陽極室，通電后溶液逐漸由黃色變?yōu)槌壬且驗殛枠O區(qū)H＋濃度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移動 C．該制備過程總反應的化學方程式為4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑ D．測定陽極液中K和Cr的含量，若K與Cr的物質的量之比(nK/nCr)為d，則此時鉻酸鉀的轉化率為1－ 解析　觀察實驗裝置，陰極反應為：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，陽極反應為：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陽極室OH－放電，導致H＋濃度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O右移，從而在陽極區(qū)得到K2Cr2O7，故A、B、C項正確。D項，設最初陽極室中的K2CrO4為1 mol，通電后轉化的K2CrO4為x mol，依題意有2(1－x)＋2＝d1，x＝2－d，K2CrO4的轉化率為：100%，故D項錯誤。 答案　D 歸納總結 1.分析電解過程的思維程序 (1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出陰、陽兩極的放電順序 陰極：陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。 特別提醒　(1)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電。 (2)最常用、最重要的放電順序是：陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。 (3)電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。 (4)分析電極反應，判斷電極產物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。 (5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。 2．電極反應式和電解方程式的書寫步驟 以寫出用石墨作電極電解CuSO4溶液的電極反應式及總的電解方程式為例。 第一步：明確溶液中存在哪些離子。陽離子：Cu2＋、H＋；陰離子：OH－、SO。 第二步：判斷陰陽兩極附近離子種類及離子放電順序。陰極：Cu2＋>H＋；陽極：OH－>SO。 第三步：寫電極反應式和總的電解方程式。陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu；陽極：2H2O－4e－===O2↑ ?。?H＋。 根據(jù)得失電子數(shù)相等，兩極反應式相加得總方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 3．規(guī)避電解池中方程式書寫的3個易失分點 (1)書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。 (2)要確保兩極電子轉移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。 (3)電解水溶液時，應注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。 考點2 有關電化學的計算 原電池和電解池的計算包括兩極產物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)測定的計算、根據(jù)電荷量求產物的量與根據(jù)產物的量求電荷量等的計算。不論哪類計算，均可概括為下列三種方法： 1．根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路、陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電荷量等類型的計算，其依據(jù)是電路上轉移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列比例式計算。 3．根據(jù)關系式計算 由得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式。 4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－ 涉及電化學計算方面的要求不高，主要是能根據(jù)總反應式或電極反應式進行計算，有時運用物理中的電量知識解題。 題組訓練 6.兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時，(設電解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)電極上析出銀的質量最大為(　　) A．27 mg　　　　　　　　 B．54 mg C．106 mg D．216 mg 解析　首先結合離子放電順序，弄清楚兩極的反應：陽極4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；陰極Ag＋＋e－===Ag，電解的總反應式為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。由電解的總反應式可知，電解過程中生成的n(H＋)＝n(HNO3)＝n(Ag)＝(10－3 molL－1－10－6 molL－1)0.5 L≈510－4 mol，m(Ag)＝510－4 mol108 gmol－1＝0.054 g＝54 mg。 答案　B 7．將等物質的量濃度的CuSO4和NaCl等體積混合后，用石墨電極進行電解，電解過程中，溶液pH隨時間t變化的曲線如圖所示，則下列說法錯誤的是(　　) A．陽極先析出Cl2，后析出O2，陰極先產生Cu，后析出H2 B．AB段陽極只產生Cl2，陰極只產生Cu C．BC段表示在陰極上是H＋放電產生了H2 D．CD段相當于電解水 解析　由于兩種溶液的體積相等，物質的量濃度也相等，即溶質的物質的量相等，設CuSO4和NaCl的物質的量各1 mol，電解分3個階段：[第一階段]陽極：1 mol氯離子失1 mol 電子，陰極：0.5 mol銅離子得1 mol電子，因為銅離子水解使溶液顯酸性，隨著電解的進行，銅離子的濃度降低，酸性減弱，pH將增大。[第二階段]陽極：1 mol氫氧根離子失1 mol電子(來源于水的電離)，陰極：0.5 mol銅離子再得1 mol電子，因為氫氧根離子消耗，使水溶液中氫離子濃度增大，pH迅速減小。[第三階段]陽極：氫氧根離子失電子，陰極：氫離子得電子，它們都來源于水的電離，實質是電解水，導致溶液的體積減小，使溶液中氫離子濃度增大，pH繼續(xù)減小。 答案　C 8．在如圖中，甲燒杯中盛有100 mL 0.50 molL－1 AgNO3溶液，乙燒杯中盛有100 mL 0.25 molL－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均為質量相同的石墨電極，如果電解一段時間后，發(fā)現(xiàn)A極比C極重1.9 g，則 (1)電源E為________極，F(xiàn)為________極。 (2)A極的電極反應式為____________________________，析出物質________mol。 (3)B極的電極反應式為____________________________，析出氣體________mL(標準狀況)。 (4)C極的電極反應式為____________________________，析出的物質________mol。 (5)D極的電極反應式為____________________________，析出氣體________mL(標準狀況)。 (6)甲燒杯中滴入石蕊試液，________(填“A”或“B”)極附近變紅，如果繼續(xù)電解，在甲燒杯中最終得到________溶液。 解析　由電解一段時間后A極比C極重，可知A極上有Ag析出，C極上有Cu析出，若A極上析出銀的物質的量為n(Ag)，則C極上析出Cu的物質的量為n(Ag)，有關系式108 gmol－1n(Ag)－64 gmol－1n(Ag)＝1.9 g，n(Ag)＝0.025 mol。由此可知，兩電解池內的電解質均是足量的，故兩池電極反應式分別為：A極：Ag＋＋e－===Ag；B極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C極：Cu2＋＋2e－===Cu；D極：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C兩極析出物質的物質的量分別為0.025 mol和0.012 5 mol；B極析出O2的體積為0.006 25 mol22.4 Lmol－1＝0.14 L＝140 mL；D極析出Cl2的物質的量為0.012 5 mol22.4 Lmol－1＝0.28 L＝280 mL。 答案　(1)負　正 (2)4Ag＋＋4e－===4Ag　0.025 (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140 (4)Cu2＋＋2e－===Cu　0.012 5 (5)2Cl－－2e－===Cl2↑　280 (6)B　HNO3 9．(1)用惰性電極電解400 mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過程中溶液體積的變化)，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________mol。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________mol。 (3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，電解過程中轉移的電子為________mol。 解析　(1)電解硫酸銅溶液的反應方程式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，從方程式可以看出，電解硫酸銅過程中只析出銅和釋放出氧氣，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢復至原來狀態(tài)，說明參與反應的硫酸銅只有0.1 mol，轉移的電子為0.2 mol。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢復至原來狀態(tài)，說明電解過程中不僅硫酸銅被電解，而且有水被電解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，則轉移的電子為0.4 mol。(3)加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2，相當于有0.2 mol的硫酸銅和0.1 mol的水被電解，因此轉移的電子為0.6 mol。 答案　(1)0.2　(2)0.4　(3)0.6 考點3 金屬的腐蝕與防護 1.化學腐蝕與電化學腐蝕 特別提醒　(1)判斷一種金屬腐蝕是否為電化學腐蝕，應看是否符合原電池的組成條件：活性不同的兩個電極、電解質溶液、構成閉合回路及自發(fā)進行氧化還原反應。 (2)金屬發(fā)生電化學腐蝕時，屬于吸氧腐蝕還是析氫腐蝕，取決于電解質溶液酸性的強弱。 2．金屬腐蝕快慢的判斷方法 (1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。 (2)同一金屬在不同電解質溶液中的腐蝕速率： 強電解質>弱電解質>非電解質。 (3)原電池原理引起的腐蝕速率：兩電極金屬活動性相差越大，越易腐蝕。 (4)對于同一電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。 題組訓練 10．(xx海南)下列敘述錯誤的是(　　) A．生鐵中含有碳，抗腐蝕能力比純鐵弱 B．用錫焊接的鐵質器件，焊接處易生銹 C．在鐵制品上鍍銅時，鍍件為陽極，銅鹽為電鍍液 D．鐵管上鑲嵌鋅塊，鐵管不易被腐蝕 解析　選項A，生鐵中的碳和鐵可以在鐵的表面構成無數(shù)微小的原電池，能加速鐵的銹蝕。選項B，焊接處鐵、錫形成無數(shù)微小原電池，加速鐵的腐蝕。選項C，電鍍時，鍍層金屬銅作陽極，鐵制品作陰極，用銅鹽溶液作電鍍液。選項D，由于Zn比Fe活潑，故鑲嵌鋅塊的鐵管不易被腐蝕。 答案　C 11．(xx上海六校聯(lián)考)如圖是用鐵鉚釘固定兩個銅質零件的示意圖，若將該零件置于潮濕空氣中，下列說法正確的是(　　) A．發(fā)生電化學腐蝕，銅為負極，銅極產生H2 B．銅易被腐蝕，銅極上發(fā)生還原反應，吸收O2 C．鐵易被腐蝕，鐵發(fā)生氧化反應：Fe－2e－===Fe2＋ D．發(fā)生化學腐蝕：Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ 解析　在潮濕的空氣中發(fā)生電化學腐蝕，鐵比銅活潑，鐵作負極，負極發(fā)生氧化反應：Fe－2e－===Fe2＋，鐵被腐蝕，銅作正極，正極發(fā)生還原反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，綜上分析，C項正確。 答案　C 12．(xx湖南三十二校聯(lián)考)下列與金屬腐蝕有關的說法，正確的是(　　) A．圖1中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重 B．圖2中，往燒杯中滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅色 C．圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學腐蝕 D．圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原電池的正極 解析　插入海水中的鐵棒，除發(fā)生化學腐蝕外，靠近液面的地方還會發(fā)生電化學腐蝕，越靠近液面腐蝕越嚴重，A項錯誤；題圖2中Fe作負極，失電子，生成Fe2＋，滴加幾滴KSCN溶液，溶液不變紅色，B項錯誤；高溫下鐵發(fā)生氧化反應，發(fā)生化學腐蝕，C項正確；鎂塊相當于原電池的負極，失電子，從而保護地下鋼鐵管道，D錯誤。 答案　C 13．(xx山東)下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是(　　) A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重 B．圖b中，開關由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析　選項A，圖a中，鐵棒發(fā)生電化學腐蝕，靠近底端的部分與氧氣接觸少，腐蝕程度較輕，錯誤；選項B，圖b中開關置于M時，CuZn合金作負極，由M改置于N時，CuZn合金作正極，腐蝕速率減小，正確；選項C，圖c中接通開關時Zn作負極，腐蝕速率增大，但氫氣在Pt極上放出，錯誤；選項D，圖d中ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由Zn的還原作用引起的，錯誤。 答案　B 14．(xx長春調研)某小組按圖1所示的裝置探究鐵的吸氧腐蝕。 (1)圖2是圖1所示裝置的示意圖，在圖2的小括號內填寫正極材料的化學式；在方括號內用箭頭表示出電子流動的方向。 (2)正極反應式為________________________，負極反應式為________________________。 (3)按圖1裝置實驗，約8 min時才看到導管中液柱上升，下列措施可以更快更清晰地觀察到液柱上升的是__________________。 a．用純氧氣代替具支試管內的空氣 b．將食鹽水浸泡過的鐵釘表面撒上鐵粉和碳粉的混合物 c．用毛細尖嘴管代替玻璃導管，并向試管的水中滴加少量紅墨水 解析　(1)本題是探究鐵的吸氧腐蝕，所以正極材料為碳，電子經導線由負極流向正極。(2)負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 答案　(1)C　[←] (2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－　Fe－2e－===Fe2＋ (3)abc